CN204374123U - 一种煤自燃特征试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种煤自燃特征试验系统，包括温控箱、第一反应罐、第一铠装热电偶、第一进气管路、数据处理终端、空气湿度调节装置；温控箱可维持试验需要的特定温度；第一反应罐位于温控箱内、可放置试验用煤样；第一铠装热电偶插入第一反应罐中、测量第一反应罐中煤样的温度，并将测量的温度实时传递至数据处理终端；第一进气管路与第一反应罐的第一进气口连接，为第一反应罐提试验空气；空气湿度调节装置和第一进气管路连接，为第一反应罐提供符合特定温度和湿度要求的空气。因具有空气湿度调节装置，可通过空气湿度调节装置为进行氧化反应的空气进行加湿处理，模拟不同空气湿度条件下煤氧化反应的温度变化特性，为预防煤自燃灾害进一步提供理论指导。

Description

一种煤自燃特征试验系统

技术领域

本实用新型涉及煤炭氧化燃烧技术领域，特别涉及一种煤自燃特征试验系统。

背景技术

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。在空气中放置时，煤炭可被空气中的氧气氧化而释放能量。在特定的堆积蓄热条件下，氧化放热的能量可使得煤堆温度持续上升，使得煤炭达到着火点而引发自燃火灾。原煤的运输、存储场地(如储煤仓、码头货位)一般都是开放性露天环境，煤堆大面积、长时间与空气接触，很可能引发自燃，存在重大安全隐患。对煤炭氧化、自燃过程中的各种特性进行研究，进而为煤炭储存场所煤场的管理控制、消防灭火提供理论指导，具有重大的现实意义和经济意义。

实验室条件下，为快速模拟煤氧接触反应的氧化现象，一般采用专门的自燃特征试验系统。但现有的试验系统具有以下问题：第一，实际煤炭存储中，空气湿度变化很大、温度变化也很大；且相关研究已经发现在不同条件下水分会对煤炭氧化过程具有不同的催化或抑制作用；现有试验装置均是采用标准环境下的空气进行氧化试验，多采用干空气作为试验材料、无法模拟各种高温、高湿条件下的煤样氧化特性；第二，现有的试验系统多只能得到一组特定条件下的煤样氧化，没有设置相应的对比参照，因此不能明确空气湿度变化和流量结合时煤样的升温规律。

实用新型内容

为解决现有的煤自燃特征试验系统无法进行模拟不同空气湿度条件下煤自燃特征的问题，本实用新型提供了一种新的煤自燃特征试验系统。

本实用新型提供一种煤自燃特征试验系统，包括温控箱、第一反应罐、第一铠装热电偶、第一进气管路、数据处理终端；

所述温控箱可维持试验需要的特定温度；

所述第一反应罐位于所述温控箱内、可放置试验用煤样；

所述第一反应罐还具有第一进气口和第一出气口；

所述第一进气口位于所述第一反应罐的底部、用于为煤样提供试验空气；

所述第一出气口位于所述第一反应罐的顶部、用于排出煤样氧化反应气体；

所述第一铠装热电偶插入所述第一反应罐中、测量所述第一反应罐中煤样的温度，并将测量的温度实时传递至所述数据处理终端；

所述第一进气管路与所述第一反应罐的第一进气口连接，为所述第一反应罐提试验空气；

还包括空气湿度调节装置，所述空气湿度调节装置和所述第一进气管路连接，为所述第一反应罐提供符合特定温度和湿度要求的空气。因具有空气湿度调节装置，可通过空气湿度调节装置为进行氧化反应的空气进行加湿处理，模拟不同湿度条件下煤氧化反应的温度变化特性，为预防不同空气湿度条件下煤自燃现象提供理论指导。

优选的，所述第一进气管路上具有第一电磁阀，所述第一电磁阀控制所述第一进气管路的进气量。

因具有电磁阀调节第一管路的进气量，在不同湿度条件下还可模拟不同空气流量时煤氧化反应的温度变化特性。

优选的，所述第一进气管路上具有第一流量传感器，所述第一流量传感器测量所述第一进气管路的流量，控制所述第一电磁阀的开口量。

在第一进气管路上还具有第一流量传感器，可准确控制第一电磁阀的开口量进而控制第一进气管路的气流量，为试验提供稳定气流环境。

优选的，还包括气体收集装置和色谱仪；

所述气体收集装置收集所述第一出气口排出的煤样氧化反应气体并将煤样氧化反应气体输送给所述色谱仪；

所述色谱仪可对煤样氧化气体进行色谱分析。

设置色谱仪，可对煤氧化反应产生的气体进行分析、得到具有代表性的表征气体，为现场煤自燃预警工作提供进一步方法性指导。

优选的，所述空气湿度调节装置包括空气加湿箱和空气预存箱；

所述空气加湿箱具有空气入口、可为从空气入口进入的空气进行加湿处理；

所述空气预存箱存储经过加湿的空气；

所述空气加湿箱和所述空气预存箱间具有隔板和用于循环加湿空气的高温风扇。

设置空气加湿箱和空气预存箱，可通过空气加湿箱加湿空气，通过空气预存箱保证具有与第一通气管路的气流量湿度稳定性和压力稳定，提供稳定试验条件。

优选的，所述空气预存箱内具有温度湿度传感器；

所述空气加湿箱内具有加热部件、制冷部件、加湿部件；

所述温度湿度传感器测量所述空气预存箱内的空气温度和空气湿度，控制所述加热部件、所述制冷部件和所述加湿部件协同工作。

优选的，所述空气预存箱内具有压力传感器和电磁泄压阀；

所述压力传感器测量所述空气预存箱内的空气压力，控制所述电磁泄压阀的开闭。

优选的，还包括第二反应罐、第二铠装热电偶、第二进气管路；

所述第二反应罐也位于所述温控箱内、可放置参照试验煤样；

所述第二反应罐具有第二进气口和第二出气口；

所述第二进气口位于所述第二反应罐的底部，用于为参照试验煤样提供试验空气或惰性气体；

所述第二出气口位于所述第二反应罐的顶部、用于排出参照煤样反应气体；

所述第二进气管路与所述第二反应罐的第二进气口连接，为所述第二反应罐提试验空气或惰性气体；

所述第二铠装热电偶插入所述第二反应罐中、测量所述第二反应 罐中参照煤样的温度，并将测量的温度实时传递至所述数据处理终端。

优选的，所述第二进气管路上还具有第二电磁阀和第二流量计，所述第二流量计测量所述第二进气管路的流量，所述第二电磁阀控制所述第二进气管路的进气量。

设置第二反应罐和相应部件，可在相同条件下进行对比试验，增加试验的对比效果、减少试验时间。

优选的，还包括用于设置试验参数、协同控制所述煤自燃特征试验系统部件工作进行试验的控制面板。

附图说明

图1为本实用新型实施例煤自燃特征试验系统结构示意图：

其中：温控箱-1、第一反应罐-2、第一铠装热电偶-3、第一进气管路-4、数据处理终端-5、第一电磁阀-6、第一流量传感器-7、气体收集装置-8、色谱仪-9、空气加湿箱-10、空气预存箱-11、空气入口-12、高温风扇-13、温度湿度传感器-14、加热部件-15、制冷部件-16、加湿部件-17、压力传感器-18、电磁泄压阀-19、第二反应罐-20、第二铠装热电偶-21、第二进气管路-22、控制面板-23。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型实施例煤自燃特征试验系统结构示意图。从图1中可看出本实用新型实施例煤自燃特征试验系统的大体结构，其包括试验主体部分和空气湿度调节装置。

具体来说，本实用新型实施例中的煤自燃特征试验系统的主体部分包括温控箱1、第一反应罐2、第二反应罐20、与第一反应罐2连接的第一铠装热电偶3、与第二反应罐20连接的第二铠装热电偶21；从图中可看出，第一铠装热电偶3和第二铠装热电偶21分别插入对应的第一反应罐2、第二反应罐20的罐体内。第一反应罐2、第二反应罐20位于温控箱1内，隔离外界对试验温度影响。第一反应罐2具有第一进气口和第二出气口，第二反应罐20具有第二进气口和第二出气 口；第一进气口、第二进气口位于反应罐的底部，用于为煤样提供试验空气；第一出气口、第二出气口位于反应罐的顶部，用于排出煤样氧化的空气。

本实用新型实施例中，两个铠装热电偶与数据处理终端5连接，数据处理终端5实时收集铠装热电偶测量的温度数据，形成煤样氧化的温度曲线和对比试验温度曲线。

第一反应罐2的第一出气口连接气体收集装置8，气体收集装置8收集第一出气口排出的煤样氧化反应气体并将煤样氧化反应气体输送至色谱仪9。色谱仪9可分析得到的煤样氧化反应气体组分特征，为现场煤自燃预警提供一定的指导性气体类型数据。从对比试验的角度，第一反应罐2为主试验，第二反应罐20仅是对比试验，不在第二反应罐20的第二出气口设置气体收集装置8。本实用新型中的煤自燃特征试验装置核心目的是测量煤样氧化反应温度，因此也可不设置气体收集装置8和色谱仪9。

第一进气口、第二进气口分别于第一进气管路4和第二进气管路22连接。在本实用新型实施例中，为防止进气管路、气体收集装置8管路被煤样堵塞，在进气口和出气口分别设置了石棉网。第一进气管路4、第二进气管路22、气体收集装置8入口分别位于石棉网中。当然，下部的石棉网也具有支撑煤样的作用。当然，在其他实施例中也可采用其他的防护设备，但应当保证防护设备具有良好的透气性并没有吸附能力。

本实用新型实施例中，第一进气管路4还和空气湿度调节装置连接，第二进气管路22直接连通惰性气体或干空气。第一进气管路4中具有第一流量传感器7和第一电磁阀6，第一流量传感器7可测量第一进气管路4的气流量、反馈信息控制第一电磁阀6的开口量；同理，第二进气管路22上也具有第二流量传感器和第二电磁阀。当然，如第二进气管路22直接通入干空气或惰性气体，可将第二进气管路22设计为较长的弯管，干空气或惰性气体通过第二进气管路22时通过第二进气管路22实现热交换，温度达到恒温箱1设定温度。

应当注意，第二反应罐20及其配套第二进气管为本实用新型实施例中的对比试验方，并不是获取各种湿度条件下煤样氧化数据的必备装置，在其他实施例中可不设置。当然，从煤自燃特征试验过程较长的角度考虑，可设置试验反应罐，多个试验反应罐分别配备相应的空气湿度调节装置，分别设定对应的条件进行试验，一次得到多组数据。

本实用新型实施例中的空气湿度调节装置包括空气加湿箱10和空气预存箱11。空气加湿箱10的一端具有空气入口12，可直接通入常规空气或干空气；空气加湿箱10中具有加热部件15、制冷部件16和加湿部件17；加热部件15、制冷部件16和加湿部件17协同工作，能够根据空气加湿要求适应性的调整工作状态，完成加湿、加温或减湿、降温工作，保证为第一反应罐2提供的空气湿度稳定，确保试验数据的正确。

空气预存箱11存储经过空气加湿箱10加湿的空气，并保持一定的压力情况，保证加湿空气顺利通过第一管路进入第一反应罐2。

本实施例中，空气预存箱11和空气加湿箱10通过隔板隔开，防止空气加湿箱10中湿度波动对空气预存箱11造成影响。空气预存箱11和空气加湿箱10隔板上具有两个安装方向相反的高温风扇13，高温风扇13工作实现空气预存箱11和空气加湿箱10的空气循环。

本实用新型实施例中，空气预存箱11内具有温度湿度传感器14，温度湿度传感器14测量空气预存箱11内的空气温湿度，反馈调整空气加湿箱10内加热部件15、制冷部件16和加湿部件17的协同工作。

为保证向第一进气管路4气流量的平稳性，在空气预存箱11内还具有压力传感器18和电磁泄压阀19。压力传感器18测量空气预存箱11内的压力情况，控制电磁泄压阀19工作开闭，当空气预存箱11内压力过高时，电磁液压阀工作进行泄压。

本实用新型中实施例中还具有控制面板23，控制面板23与各个传感器和工作部件连接，可调节传感器的阈值设定、控制工作部件的工作状态，实现集中控制。

本实施例中，各种箱体外壁上均设有陶瓷纤维隔热板，减少外界环境温度对试验装置内条件的影响。应当注意，为了快速模拟现实条件下的煤氧化特性(常温条件下煤氧化时间很长)，本实用新型实施例中温控箱1的温度按照控制面板23设定的特定升温曲线逐渐升高温度(温度较实际温度高很多)、提高煤样氧化反应的速率；为保证进入反应罐内的空气不会对煤样内部温度造成影响，即不会因温度过高、过低而产生热交换影响煤样实际氧化升温特性，空气预存箱11内温度应保证和恒温箱1温度一致。当然，从模拟现实角度考虑，在本实用新型其他实施例中，恒温箱1和空气预存箱11内温度也可设定为常规条件下温度，此时反应时间很长，需要较大量的煤样才能起到蓄热作用、保证铠装热电偶能够测量氧化升温现象。

当然，本实用新型实施例也可采用其他类型的、可保证提供恒定湿度空气的空气湿度调节装置。

下面，就如何使用本实用新型实施例中的煤自燃特征试验装置进行试验做简单的介绍。

试验开始前，对煤样进行冲刷处理，保证煤样中因掺入杂质而影响试验准确性。本实施例中用N₂将煤样反复冲刷，去除杂质。随后将煤样放入干燥箱内静置干燥足够时间，完全排除煤样中的水分。

试验时，将一定质量的煤样分别放入第一反应罐2和第二反应罐20中，检查箱体的气密性。首先进行空气预存箱11内空气湿度设定和压力设定，关闭第一电磁阀6，将干空气以150ml/min速度缓慢加入空气加湿箱10，加热部件15、制冷部件16和加湿部件17工作调整空气温度和湿度。此时还应打开温控箱1的加热装置进行预热，使温控箱1温度和稳定后的空气预存箱11温度相同，在实验过程中二者升温幅度始终保持一致。

当空气湿度达到要求时，控制第一电磁阀6、第二电磁阀打开，根据设定气流量控制气体进入第一反应罐2和第二反应罐20，进行正式试验。第一铠装热电偶3和第二铠装热电偶21分别测量第一反应罐2和第二反应罐20中的温度变化、传输至数据处理终端5，数据处理 终端5绘制温度变化曲线。

试验过程中，高温风扇13、加热部件15、制冷部件16和加湿部件17以及电磁泄压阀19适时工作，调节空气预存箱11内的湿度、温度和压力状况。

因试验需要气流较小，也就是经过第一进气管路4的空气流量较小，而空气预存箱11体积较大，因此第一进气管路4气流量对空气预存箱11内空气温度、湿度变化影响较小；空气加湿箱10对空气的补充量也大于第一进气管路4的气流量，保证试验连续进行。

当然，在本试验中，也可调节气流量的大小，结合不同空气湿度形成综合测试，得到不同气流量、不同湿度条件下的综合试验。

以上本实用新型实施例中的煤自燃特征试验装置进行了详细介绍。本文应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想，在不脱离本实用新型原理的情况下，还可对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种煤自燃特征试验系统，包括温控箱(1)、第一反应罐(2)、第一铠装热电偶(3)、第一进气管路(4)、数据处理终端(5)；

所述温控箱(1)可维持试验需要的特定温度；

所述第一反应罐(2)位于所述温控箱(1)内、可放置试验用煤样；

所述第一反应罐(2)还具有第一进气口和第一出气口；

所述第一进气口位于所述第一反应罐(2)的底部、用于为煤样提供试验空气；

所述第一出气口位于所述第一反应罐(2)的顶部、用于排出煤样氧化反应气体；

所述第一铠装热电偶(3)插入所述第一反应罐(2)中、测量所述第一反应罐(2)中煤样的温度，并将测量的温度实时传递至所述数据处理终端(5)；

所述第一进气管路(4)与所述第一反应罐(2)的第一进气口连接，为所述第一反应罐(2)提试验空气；

其特征在于：还包括空气湿度调节装置，所述空气湿度调节装置和所述第一进气管路(4)连接，为所述第一反应罐(2)提供符合特定温度和湿度要求的空气。

2.根据权利要求1所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

所述第一进气管路(4)上具有第一电磁阀(6)，所述第一电磁阀(6)控制所述第一进气管路(4)的进气量。

3.根据权利要求2所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

所述第一进气管路(4)上具有第一流量传感器(7)，所述第一流量传感器(7)测量所述第一进气管路(4)的流量，控制所述第一电磁阀(6)的开口量。

4.根据权利要求1所述的煤自燃特征试验系统，其特征在：

还包括气体收集装置(8)和色谱仪(9)；

所述气体收集装置(8)收集所述第一出气口排出的煤样氧化反应气体并将煤样氧化反应气体输送给所述色谱仪(9)；

所述色谱仪(9)可对煤样氧化气体进行色谱分析。

5.根据权利要求1所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

所述空气湿度调节装置包括空气加湿箱(10)和空气预存箱(11)；

所述空气加湿箱(10)具有空气入口(12)、可为从空气入口(12)进入的空气进行加湿处理；

所述空气预存箱(11)存储经过加湿的空气；

所述空气加湿箱(10)和所述空气预存箱(11)间具有隔板和用于循环加湿空气的高温风扇(13)。

6.根据权利要求5所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

所述空气预存箱(11)内具有温度湿度传感器(14)；

所述空气加湿箱(10)内具有加热部件(15)、制冷部件(16)、加湿部件(17)；

所述温度湿度传感器(14)测量所述空气预存箱(11)内的空气温度和空气湿度，控制所述加热部件(15)、所述制冷部件(16)和所述加湿部件(17)协同工作。

7.根据权利要求5所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

所述空气预存箱(11)内具有压力传感器(18)和电磁泄压阀(19)；

所述压力传感器(18)测量所述空气预存箱(11)内的空气压力，控制所述电磁泄压阀(19)的开闭。

8.根据权利要求1所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

还包括第二反应罐(20)、第二铠装热电偶(21)、第二进气管路(22)；

所述第二反应罐(20)也位于所述温控箱(1)内、可放置参照试验煤样；

所述第二反应罐(20)具有第二进气口和第二出气口；

所述第二进气口位于所述第二反应罐(20)的底部，用于为参照试验煤样提供试验空气或惰性气体；

所述第二出气口位于所述第二反应罐(20)的顶部、用于排出参照煤样反应气体；

所述第二进气管路(22)与所述第二反应罐(20)的第二进气口连接，为所述第二反应罐(20)提试验空气或惰性气体；

所述第二铠装热电偶(21)插入所述第二反应罐(20)中、测量所述第二反应罐(20)中参照煤样的温度，并将测量的温度实时传递至所述数据处理终端(5)。

9.根据权利要求8所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

所述第二进气管路(22)上还具有第二电磁阀和第二流量计，所述第二流量计测量所述第二进气管路(22)的流量，所述第二电磁阀控制所述第二进气管路的进气量。

10.根据权利要求1-9任一项所述的煤自燃特征试验系统，其特征在于：

还包括用于设置试验参数、协同控制所述煤自燃特征试验系统部件工作进行试验的控制面板(23)。